Os sistemas de zonas de raízes são reproduções de áreas alagáveis naturais (brejos e várzeas), edificados para realizar a depuração de águas residuárias e que se apresentam como uma alternativa factível para o tratamento de efluentes de origem doméstica, pois utilizam processos naturais ou de fitorremediação (SALATTI, 2003; COSTA, 2004). Na Europa, a tecnologia das estações de tratamento de esgoto por zona de raízes vem sendo muito utilizada em regiões não atendidas por redes coletoras de esgoto, principalmente na zona rural (VAN KAICK et al., 2008).
Quando utilizada em regiões de climas tropicais, há um acréscimo no seu desempenho devido ao clima favorável. Segundo Ambros, Ehrhardt e Kerschbaumer (1998), citados por Van Kaick (2002), a média anual de evaporação de água das plantas pode chegar a 1 000 litros, correspondendo a 25% da evaporação da água que entra na estação de tratamento. Assim, em climas tropicais, a probabilidade de evaporação pode ser ainda maior, devido à insolação mais contínua ao longo do ano. O sistema de tratamento de águas residuárias por zona de raízes, com parte do filtro constituído de plantas, é capaz de degradar ou reter poluentes por meio da interação entre o efluente e o ambiente − solo, plantas, micro-organismos e atmosfera. Segundo Valentim (1999), esse sistema é o resultado da união entre os processos físicos, químicos e biológicos que ocorrem por conta do filtro físico, das comunidades bacterianas e macrófitas.
As bactérias degradam a matéria orgânica presente no efluente através de processos anaeróbios, anóxicos e aeróbios. As condições aeróbias e anóxicas só acontecem devido ao fornecimento de oxigênio pelas raízes das macrófitas. A saída do oxigênio das raízes para o filtro cria condições de oxidação no meio, possibilitando, assim, a decomposição da matéria orgânica (BRIX, 1994). Com o ambiente biológico e químico favorável, os micro-organismos, além de degradarem a matéria orgânica, excretam substâncias bactericidas, eliminando parte dos coliformes fecais (COPETTI, 2010).
A espécie mais comumente utilizada na zona de raízes, principalmente por sua fácil adaptação, é a Zantedeschia aethiopica, popularmente conhecida como copo-de- leite (JOLY, 1979 apud VAN KAICK, 2002). Os juncos do gênero Phragmites, segundo Seitz (1995), citado por Van Kaick, também são muito utilizados, entretanto, de acordo com Ambros (1998), já existem 150 espécies de plantas conhecidas para serem
utilizadas em zona de raízes. No Brasil foram testadas Phragmites communis (caniço- d´água), Juncus sellovianus (junco), Echinochloa cruz pavones (capim-arroz), Cladium mariscus (capim-serra), Typha domingensis (taboa), Crinum salsum (ceboleiro), Hedychium coronarium J. König (lírio-do-brejo).
FIGURA 4 - TRATAMENTO DE ÁGUAS CINZAS POR SISTEMA DE ZONA DE RAÍZES
Fonte: Soluções Sustentáveis – O Uso da Água na Permacultura, Legan (2007).
Como as estações de tratamento por sistema de zona de raízes sempre estão com o solo inundado com a água do esgoto, é necessário que as plantas possuam uma rede de aerênquimas bem desenvolvida para poder prover oxigênio de maneira satisfatória a todas as partes da planta. A entrada de oxigênio no solo é necessária para que ocorram os processos de oxidação da matéria orgânica, carboidratos e elementos que podem ser nocivos às plantas (MAIER, 2007).
Esses sistemas podem ser implementados no mesmo local onde o efluente é produzido e, além de possuírem baixo custo energético, são menos susceptíveis às variações nas taxas de aplicação de esgoto. Nesses sistemas também o esgoto é lançado por meio de uma rede de tubulações perfuradas instaladas logo abaixo de uma área plantada com espécies típicas dos alagados naturais que possuem grande capacidade de absorção de nutrientes e transporte de oxigênio as raízes. Esta área é dimensionada de acordo com a demanda de esgoto já pré-determinada (VAN KAICK, 2002).
Nesse tipo de estação (Figura 5), o efluente primeiro passa por um tratamento primário, geralmente por uma fossa séptica, onde são removidos os sólidos sedimentáveis; logo após, o efluente é encaminhado através de uma rede de
tubulações perfuradas para ETE por zona de raízes, aproximadamente a 10 cm abaixo da superfície do filtro, onde é iniciado o tratamento secundário.
Quando não há um adequado tratamento primário, o tratamento por zona de raízes pode ser prejudicado, devido ao entupimento das tubulações e/ou distúrbios das plantas por toxidez (COPETTI, 2010). Cerca de 20,3% dos domicílios rurais no país possuem fossa séptica, então objetiva-se aqui o melhor manejo com a adaptação do sistema para o tratamento adequado do esgoto, além do tratamento primário.
FIGURA 5 - DESENHO ESQUEMÁTICO DO SISTEMA DE ZONA DE RAÍZES
Fonte: Maier (2007) adaptado de Kaick (2002).
Para evitar a contaminação do solo ou até mesmo do lençol freático e infiltrações indesejáveis no sistema, a ETE deve ser impermeabilizada com lona plástica resistente, ou por uma estrutura de concreto armado ou uma caixa d’água. Esta escolha dependerá de condições econômicas e, principalmente, do tipo de terreno onde será instalada, pois se evita qualquer tipo de infiltração ou contaminação do lençol freático local (MAIER, 2007). A Figura 6 mostra um exemplo de zona de raízes construído no Instituto de Permacultura e Ecovilas do Cerrado.
FIGURA 6 - ZONA DE RAÍZES NO INSTITUTO DE PERMACULTURA E ECOVILAS DO CERRADO
Fonte: IPEC, 2015.
Segundo Van Kaick (2002), as plantas que constituem a zona de raízes devem ser plantadas sobre um filtro físico estruturado por uma camada de brita nº 2, de 50 cm de profundidade, e sobre a rede de distribuição do efluente bruto. Logo abaixo da camada de brita encontra-se outra camada do filtro, que é constituída de areia (com granulometria de média para grossa) de 40 cm de profundidade. No fundo do filtro ficam as tubulações de coleta do efluente tratado, que são conduzidos para fora da estação através da diferença de nível. Esse efluente tratado pode ser armazenado, reutilizado ou descartado em um corpo d´água, pois atende a legislação ambiental – CONAMA 357/2005 (VAN KAICK, 2002).
De acordo com estudos de Maier (2007), a eficiência de estações de tratamento de esgoto doméstico por zona de raízes em estabelecimentos de agricultores familiares de uma pequena bacia hidrográfica rural, na remoção de poluentes, constatou uma eficiência de aproximadamente 90% na remoção do fósforo do efluente, diminuição dos teores de nitrogênio total em 75 a 80%, além da redução de carga orgânica, com queda na DBO em 99%.
Sendo assim, esse sistema de tratamento de esgoto por zona de raízes é uma opção viável e sustentável, com baixo custo, simplicidade operacional, sem produção
de lodo e alta eficiência no tratamento de esgoto doméstico. Por ser basicamente biológico não há o uso de energia, agentes químicos ou equipamentos mecânicos e ainda, por não produzir metano, característico de processos anaeróbios, evitam-se maus odores. Esse tratamento pode ser idealizado de acordo com a realidade local, maximizando sua eficiência quanto à diminuição da demanda química e bioquímica de oxigênio e do máximo controle sobre o sistema hidráulico e a vegetação.